(57)【要約】  回転駆動する円環状のカッタ部を有する円筒状の掘削装置において、掘削した土砂を大量に輸送を可能にし、つまりが生じた場合でも容易に除去できるようにする。  地盤にトンネルを掘削するためのトンネル掘削装置１は、掘削進行方向先端に設けられ、表面に地盤を掘削するためのビットを有する円環状のカッタ部３２を備え、カッタ部３２を回転駆動可能な円筒状の掘削機構４と、カッタ部３２の後方に接続され、カッタ部３２の外径と略等しい外径を有する円筒形状の外筒体１０Ｃ及びカッタ部３２の内径よりも大きな内径を有する円筒形状の内筒体１０Ｂからなる殻体１０と、掘削機構４を掘削進行方向に推進させる推進機構９と、内筒体１０Ｂの内周面に取り付けられ、掘削機構４とともに回転駆動する螺旋状のブレード４２からなる掘削土排出機構６と、を備える。
2011148871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤にトンネルを掘削するためのトンネル掘削装置であって、
掘削進行方向先端に設けられ、表面に地盤を掘削するためのビットを有する円環状のカッタ部を備え、前記カッタ部を回転駆動可能な円筒状の掘削機構と、
前記掘削機構の後方に接続され、円筒形状の外筒体及び前記カッタ部の内径よりも大きな内径を有する円筒形状の内筒体を有する殻体と、
前記掘削機構を掘削進行方向に推進させる推進機構と、
前記掘削機構の内筒体の内周面に取り付けられ、高さが前記カッタ部の内径と前記内筒体の内径との差以下であり前記カッタ部とともに回転駆動される螺旋状のブレードを有する掘削土排出機構と、を備えることを特徴とする掘削装置。
【請求項２】
前記掘削機構には、前記ビットにより掘削された掘削土を前記掘削機構の内周側へ送るための、前記カッタ部の表面から前記内筒体の内周面まで連通する空隙が形成されていることを特徴とする請求項１記載の掘削装置。
【請求項３】
前記推進機構は、
前記殻体内に設けられ、前記殻体の外周面から径方向外方に向かって突出部を突出可能な突出機構と、
前記殻体内に設けられ、前記突出部を径方向外方に向かって突出させて前記円環状に掘削した周囲の地盤に反力を取った状態で伸長することにより、前記掘削機構を前記掘削進行方向へ押し出す伸長機構と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削装置。
【請求項４】
前記殻体は、前記掘削進行方向先端側から順に設けられた、掘削部殻体と、前方の殻体と、後方の殻体とを含み、前記掘削部殻体が前記掘削機構の後方に接続され、
前記伸長機構は、前記掘削部殻体と前記前方の殻体とを結ぶように設けられ、掘削進行方向に伸縮可能な前方の軸方向ジャッキと、前記前方の殻体と前記後方の殻体との間を結ぶように設けられ、前記掘削進行方向に伸縮可能な後方の軸方向ジャッキとを含み、
前記突出機構は、前記前方の殻体内に配置され、径方向外方に伸縮可能な前方の周方向ジャッキと、前記後方の殻体内に配置され、径方向外方に伸縮可能な後方の周方向ジャッキとを含んで構成されることを特徴とする請求項３記載の掘削装置。
【請求項５】
前記推進機構は、
前記殻体内に設けられ、掘削が完了したトンネルの内周面に取り付けられたセグメントに反力を取った状態で伸長することにより、前記掘削機構を前記掘削進行方向へ押し出す伸長機構からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削装置。
【請求項６】
トンネル掘削装置を用いて地盤にトンネルを掘削する方法であって、
前記トンネル掘削装置は、掘削進行方向先端に設けられ、表面に地盤を掘削するためのビットを有する円環状のカッタ部を備え、前記カッタ部を回転駆動可能な円筒状の掘削機構と、前記掘削機構の後方に接続され、円筒形状の外筒体及び前記カッタ部の内径よりも大きな内径を有する円筒形状の内筒体からなる殻体と、前記掘削機構を掘削進行方向に推進させる推進機構と、前記掘削機構の内筒体の内周面に取り付けられ、高さが前記カッタ部の内径と前記内筒体の内径との差以下である前記カッタ部とともに回転駆動する螺旋状のブレードからなる掘削土排出機構と、を備え、
前記掘削機構を回転駆動させながら、前記推進機構により該掘削機構を押し出すことにより、地盤を円環状に掘削するとともに、前記掘削機構とともに回転する前記ブレードにより、掘削土を前記内殻の内周面に沿って後方に送り出す先行掘削ステップと、
前記トンネル掘削装置の後方で、円環状に掘削された部分の内側の地盤を掘削する後行掘削ステップと、を含むことを特徴とするトンネル掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤にトンネルを構築するためのトンネル掘削装置及びトンネル掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大断面のシールドトンネルをより効率良く構築する方法として、リングシールド工法が知られている。リングシールド工法では、円筒状の掘削装置を用い、トンネルの外殻部に当たる位置の地盤を先行して断面円環状に掘削する工程と、掘削した部分に円筒状に覆工体を構築する工程と、覆工体に反力をとって掘削装置を推進させる工程とを繰り返して先行して断面円環状に地盤を掘削し、さらに、これと並行して覆工体の内側に円柱状に残留した土砂を後方側から掘削することによりトンネルを構築している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許２８４０７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように先行して断面円環状に地盤の掘削を行う掘削装置を用いる場合には、地盤を掘削することにより発生した掘削土を、円筒状の装置の後方へ輸送する必要がある。これに対して、上記の特許文献１では、装置の内部に排出管を設け、この排出管を通して掘削土を後方に輸送している。また、このような排出管にかえて、装置の内部にスクリューコンベアを設け、このスクリューコンベアにより掘削土を後方に輸送することも考えられる。【０００５】
しかしながら、このような排出管又はスクリューコンベアなどの掘削土排出機構を装置内に設ける場合には、掘削機構や推進機構などと干渉しないようにする必要があるため、排出管やスクリューコンベアの径を小さくしなければならず、掘削土を大量に輸送することができないという問題があった。【０００６】
さらに、排出管やスクリューコンベアの径が小さいと、土砂のつまりが頻繁に生じてしまう。このように土砂のつまりが生じた場合には、掘削装置を後退させて、掘削装置の内殻を取り外さなければ、つまった土砂の除去を行うことができないという問題もあった。【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、回転駆動する円環状のカッタ部を有する円筒状の掘削装置において、掘削した土砂の大量輸送を可能にし、つまりが生じた場合でも容易に除去できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるトンネル掘削装置は、地盤にトンネルを掘削するためのトンネル掘削装置であって、掘削進行方向先端に設けられ、表面に地盤を掘削するためのビットを有する円環状のカッタ部を備え、カッタ部を回転駆動可能な円筒状の掘削機構と、掘削機構の後方に接続され、円筒形状の外筒体及びカッタ部の内径よりも大きな内径を有する円筒形状の内筒体を有する殻体と、掘削機構を掘削進行方向に推進させる推進機構と、掘削機構の内筒体の内周面に取り付けられ、高さがカッタ部の内径と内筒体の内径との差以下でありカッタ部とともに回転駆動される螺旋状のブレードを有する掘削土排出機構と、を備えることを特徴とする。【０００９】
本発明によれば、掘削機構の内筒体の内周面に沿って螺旋状のブレードを取り付けることとしたことにより、掘削機構や推進機構のためのスペースの影響を受けずに、大きなスペースを確保することができるため、掘削した土砂を大量に輸送できる。また、土砂のつまりが生じた場合には、掘削装置の内部に残された地盤を取り除けば、ブレードが露出するため、つまった土砂の除去作業を容易に行うことができる。【００１０】
本発明において、好ましくは、掘削機構は、ビットにより掘削された掘削土を掘削機構の内周側へ送るための、カッタ部の表面から内筒体の内周面まで連通する空隙が形成されている。
これにより、カッタ部により掘削された土砂は、空隙を通じて掘削機構の内側へ送られる。【００１１】
本発明において、好ましくは、推進機構は、殻体内に設けられ、殻体の外周面から径方向外方に向かって突出部を突出可能な突出機構と、殻体内に設けられ、突出部を径方向外方に向かって突出させて円環状に掘削した周囲の地盤に反力を取った状態で伸長することにより、掘削機構を掘削進行方向へ押し出す伸長機構と、を備える。【００１２】
このように構成された掘削装置によれば、突出機構により突出部を外周方向に突出させて、周囲の地盤に反力をとって推進作業を行うことができるため、セグメント又は覆工体の施工が完了していなくても、大きな反力を受けて強固な地盤を掘削することができる。【００１３】
本発明において、好ましくは、殻体は、掘削進行方向先端側から順に設けられた、掘削部殻体と、前方の殻体と、後方の殻体とを含み、掘削部殻体が掘削機構の後方に接続され、伸長機構は、掘削部殻体と前方の殻体とを結ぶように設けられ、掘削進行方向に伸縮可能な前方の軸方向ジャッキと、前方の殻体と後方の殻体との間を結ぶように設けられ、掘削進行方向に伸縮可能な後方の軸方向ジャッキとを含み、突出機構は、前方の殻体内に配置され、径方向外方に伸縮可能な前方の周方向ジャッキと、後方の殻体内に配置され、径方向外方に伸縮可能な後方の周方向ジャッキと、を含んで構成される。
このように構成された掘削装置によれば、カッタ部を推進させる際には、前方及び後方の周方向ジャッキにより地盤からより大きな反力を受けることができる。【００１４】
本発明において、好ましくは、推進機構は、殻体内に設けられ、掘削が完了したトンネルの内周面に取り付けられたセグメントに反力を取った状態で伸長することにより、掘削機構を掘削進行方向へ押し出す伸長機構からなる。
このように構成された掘削装置によれば、掘削装置の全長を短くできる。【００１５】
また、本発明による掘削方法は、トンネル掘削装置を用いて地盤にトンネルを掘削する方法であって、トンネル掘削装置は、掘削進行方向先端に設けられ、表面に地盤を掘削するためのビットを有する円環状のカッタ部を備え、カッタ部を回転駆動可能な円筒状の掘削機構と、掘削機構の後方に接続され、円筒形状の外筒体及びカッタ部の内径よりも大きな内径を有する円筒形状の内筒体からなる殻体と、掘削機構を掘削進行方向に推進させる推進機構と、掘削機構の内筒体の内周面に取り付けられ、高さがカッタ部の内径と内筒体の内径との差以下であるカッタ部とともに回転駆動する螺旋状のブレードからなる掘削土排出機構と、を備え、掘削機構を回転駆動させながら、推進機構により掘削機構を押し出すことにより、地盤を円環状に掘削するとともに、掘削機構とともに回転するブレードにより、掘削土を内殻の内周面に沿って後方に送り出す先行掘削ステップと、トンネル掘削装置の後方で、円環状に掘削された部分の内側の地盤を掘削する後行掘削ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、掘削した土砂を大量に輸送が可能となり、土砂のつまりが生じた場合でも容易に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による掘削装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す掘削装置の掘削進行方向の鉛直断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ視側面図である。
【図４】図２におけるＢ−Ｂ視断面図である。
【図５】図２におけるＣ部の拡大図である。
【図６】（ａ）〜（ｍ）は、図１に示す掘削装置における複数のローラービットの配置をそれぞれ示す図であり、（Ａ）は、（ａ）〜（ｍ）に示すローラービットを重ねて示す図である。
【図７】図１に示す掘削装置を用いたトンネル掘削方法を説明するための掘削進行方向の鉛直断面図である。
【図８】図１に示す掘削装置の推進方法を説明するための掘削装置の鉛直断面図（その１）である。
【図９】図１に示す掘削装置の推進方法を説明するための掘削装置の鉛直断面図（その２）である。
【図１０】図１に示す掘削装置の推進方法を説明するための掘削装置の鉛直断面図（その３）である。
【図１１】本発明の第２実施形態による掘削装置の掘削進行方向に沿った鉛直断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態による掘削装置の掘削進行方向に沿った鉛直断面図である。
【図１３】図１２におけるＡ−Ａ視側面図である。
【図１４】図１２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態による掘削装置の掘削機構の先端部の掘削進行方向に沿った拡大断面図である。
【図１６】図１５におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図１７】本発明の第３実施形態による掘削装置を用いたトンネル掘削方法を説明するための掘削進行方向の鉛直断面図である。
【図１８】本発明の第３実施形態による掘削装置の推進方法を説明するための掘削装置の鉛直断面図（その１）である。
【図１９】本発明の第３実施形態による掘削装置の推進方法を説明するための掘削装置の鉛直断面図（その２）である。
【図２０】本発明の第３実施形態による掘削装置の推進方法を説明するための掘削装置の鉛直断面図（その３）である。
【図２１】本発明の第３実施形態による掘削装置における別の掘削土の排出方法を説明するための掘削機構の先端部の拡大鉛直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態である掘削装置及び掘削方法を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態による掘削装置１を示す斜視図、図２は、本実施形態による掘削装置１の掘削進行方向の鉛直断面図、図３は図２におけるＡ−Ａ視側面図、図４は、図２におけるＢ−Ｂ視断面図である。また、図５は、図２におけるＣ部の拡大図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、掘削装置１は、円筒状の殻体２と、殻体２の掘削進行方向（以下、前方という）の先端に設けられた掘削機構４と、掘削土排出機構６と、掘削機構４を推進させるための推進機構８とを備える。
【００２０】
図２に示すように、殻体２は、前方から順次接続された第１の掘削部殻体１０と、第２の掘削部殻体１１と、前方の殻体１２と、後方の殻体１４とにより構成される。各殻体１０、１１、１２、１４は、円筒状の外筒体１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃと、外筒体１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃ内に配置された円筒状の内筒体１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂと、内筒体１０Ｂ，１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂと外筒体１０Ｂ，１１Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃを結ぶように設けられた複数の支持部材２０、２２、２４（第１の掘削部殻体１０の支持部材は図示せず）とにより構成される。内筒体１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂ及び外筒体１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃは、それぞれ鋼材からなる。なお、第１の掘削部殻体では、内筒体１０Ｂの方が外筒体１０Ｃよりも後ろ側で終わっている。
【００２１】
これら内筒体１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂ及び外筒体１０Ｃ、１１Ｃ,１２Ｃ、１４Ｃは、後に詳述する掘削機構４の回転軸と同心同軸に配置されており、これにより、内筒体１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂと外筒体１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃとの間に環状空間が形成される。支持部材２０、２２、２４は、棒状の鋼材からなり、外筒体１０Ｃ，１１Ｃ,１２Ｃ、１４Ｃに作用する土圧を支持可能な本数、内筒体１０Ｂ，１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂの中心軸を中心として放射状に、周方向及び軸方向に適宜な間隔をあけて、これら内筒体１０Ｂ，１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂと外筒体１０Ｃ，１１Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃを結ぶように設けられている。そして、内筒体１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂと、外筒体１０Ｃ、１１Ｃ,１２Ｃ、１４Ｃとの間の環状空間内に推進機構８が収容されている。
【００２２】
第１の掘削部殻体１０は、掘削進行方向の先端部から中間部は一定の外径及び内径となるように形成され、内筒体１０Ｂの後端部の内周面及び外筒体１０Ｃの後端部の外周面が切欠かれている。また、第２の掘削部殻体１１の内筒体１１Ｂの内周面の先端部及び外筒体１１Ｃの外周面の先端部は、切り欠かれており、第２の掘削部殻体１１の先端部が、第１の掘削部殻体１０の後端部の内側に収容されることにより、第１の掘削部殻体１０が第２の掘削部殻体１１に対して回転可能に接続されている。なお、第１及び第２の掘削部殻体１０、１１の間にベアリング等の滑りを向上する部材又は材料を介在させてもよい。
【００２３】
また、第２の掘削部殻体１１は、内筒体１０Ｂの内周面の後端部及び外筒体１０Ｃの外周面の後端部が切り欠かれている。また、前方の殻体１２は、内筒体１２Ｂの外周面の後端部及び外筒体１２Ｃの内周面の後端部が切り欠かれている。そして、第２の掘削部殻体１１の後端部が、前方の殻体１２の先端部の内側に収容されることにより、第２の掘削部殻体１１が前方の殻体１２に対して軸方向に摺動可能に接続されている。
【００２４】
これと同様に、前方の殻体１２は、内筒体１２Ｂの内周面の後端部及び外筒体１２Ｃの外周面の後端部が切り欠かれている。また、後方の殻体１４は、内筒体１４Ｂの外周面の後端部及び外筒体１４Ｃの内周面の後端部が切り欠かれている。そして、前方の掘削部殻体１２の後端部が、後方の殻体１４の先端部の内側に収容されることにより、前方の殻体１２が後方の殻体１４に対して軸方向に摺動可能に接続されている。なお、第２の掘削部殻体１１と前方の殻体１２、及び、前方の殻体１２と後方の殻体１４の接続部に、軸方向の摺動を案内するガイド部材を設けてもよい。
【００２５】
図２及び図３に示すように、掘削機構４は、第１の掘削部殻体１０の先端部に固定されている。掘削機構４は、第１の掘削部殻体１０の掘削進行方向の先端に、内筒体１０Ｂと外筒体１０Ｃとの間を覆うように取り付けられたカッタ部２６と、掘削部殻体１０内に配置された減速機２８と、前方の殻体１２内に配置されたモータ３０と、を備える。
【００２６】
カッタ部２６は、円環状のカッタ部本体３２と、カッタ部本体３２に周方向に間隔をあけて設けられた１３対のローラービット３６と、カッタ部本体３２に形成された開口３２Ａの縁に設けられた削孔ビット３８を備える。また、図５に示すように、カッタ部本体３２の後方には縁に沿って、ピンラック３４が取り付けられている。
【００２７】
図５に示すように、カッタ部本体３２は、軸方向断面において、コの字型断面形状を有し、その外径Ｄ１は第１の掘削部殻体１０の外筒体１０Ｃの外径と略等しい。また、カッタ部本体３２の内径Ｄ３は、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内径Ｄ２よりもｄｘだけ小さい。さらに、上記のように、第１の掘削部殻体１０では、内筒体１０Ｂの方が外筒体１０Ｃよりも後ろ側で終端している。かかる構成により、カッタ部本体３２の内側後方と、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂとの間には隙間４０が形成され、この隙間４０を介してカッタ部本体３２内の空間と、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂ内の空間とが連通している。
【００２８】
図５に示すように、第２の掘削部殻体１１内にモータ３０が配置され、このモータ３０の回転軸には減速機２８が接続されており、この減速機２８にはピニオン２８Ａが取り付けられている。そして、減速機２８に取り付けられたピニオン２８Ａが、カッタ部２６に取り付けられたピンラック３４と噛み合っている。これにより、モータ３０が回転すると、この回転力が減速機２８を介してトルクが増幅されてカッタ部２６に伝達され、カッタ部２６が第１の掘削部殻体１０とともに、第１の掘削部殻体１０の中心軸を中心として第２の掘削部殻体１１に対して回転するように構成されている。
【００２９】
図６は、カッタ部本体３２に取付けられた複数のローラービット３６のそれぞれの半径方向の配置を示し、（ａ）〜（ｍ）は各ローラービット３６の半径方向の配置を示す図であり、（Ａ）は全てのローラービットの配置を重ねて示した図である。同図に示すように、各ローラービットは、半径方向に異なる位置に配置されている。これにより、カッタ部２６が周方向に回転した際に、各ローラービット３６が通過する軌跡が、半径方向に略等間隔な同心円となり、径によらず均質な掘削を行うことができる。
また、掘削ビット３８は、先端が鋭利なビットからなり、カッタ部２６が回転することにより、ローラービット３６により切削された切削面を平坦に整えるように掘削する。
【００３０】
図５に示すように、掘削土排出機構６は、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内周面に沿って取り付けられたスクリューコンベアを構成するブレード４２と、地盤に向かって水を噴射するように、その噴出口がカッタ部本体３２の表面に露出して設けられたジェットノズル（図示せず）と、を備えている。ブレード４２は、掘削装置１と同心同軸の螺旋状の鋼材からなり、軸方向にカッタ部本体３２の後端から第１の掘削部殻体１０の後端に亘って、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内周面に固定されている。ブレード４２は、断面が二等辺三角形状であり、その高さは、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内径Ｄ２と、カッタ部本体３２の内径Ｄ３との差の半分であるｄｘと略等しくなっている。すなわち、ブレード４２の頂点から掘削装置１の中心軸までの距離（内径）が、カッタ部本体３２の内径Ｄ３と等しくなっている。なお、本実施系値アでは、ブレード４２の高さは、ｄｘと略等しくなっているが、これよりも小さくてもよい。
【００３１】
図１及び図３に示すように、推進機構８は、掘削進行方向に延び、直列接続された複数対の前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４８、５０と、周方向に隣接する軸方向油圧ジャッキ４８，５０の間に配置された複数の前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２、５４と、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２，５４の先端に夫々接続された前方及び後方の複数の支持板５６、５８とにより構成される。
【００３２】
各対の前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４８、５０は掘削進行方向に延びるように直列接続されている。本実施形態では、各対の前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４８、５０は、角度によらず均一な推進力が得られるように、殻体２の周方向に等角度間隔で１０対設けられている。
【００３３】
前方の軸方向油圧ジャッキ４８は、第２の掘削部殻体１１から前方の殻体１２に亘って、内筒体１１Ｂ、１２Ｂと外筒体１１Ｃ、１２Ｃと間に収容されており、先端が第２の掘削部殻体１１の支持部材２０に固定され、後端が前方の殻体１２の支持部材２２に固定されている。
【００３４】
後方の軸方向油圧ジャッキ５０は、前方の殻体１２から後方の殻体１４に亘って、内筒体１２Ｂ，１４Ｂと外筒体１２Ｃ，１４Ｃと間に収容されており、先端は前方の殻体１２の支持部材２２に固定され、後端は後方の殻体１４の支持部材２４に固定されている。このように、前方及び後方の油圧ジャッキ４８、５０は、支持部材２２を介して直列接続されている。
【００３５】
前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２，５４は、矩形状の支持板５６，５８の各々に対して、４台の油圧ジャッキが一組として、支持板５６、５８の四隅に当たる位置に設けられている。対となる前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２，５４は、掘削進行方向に間隔をあけて、夫々、前方の殻体１２及び後方の殻体１４内に収容されている。また、本実施形態では、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２，５４は、それぞれ、角度によらず、均一な地盤反力が得られるように、周方向に等角度間隔で１０対設けられている。
【００３６】
前方及び後方の殻体１２、１４の外筒体１２Ｂ、１４Ｂには、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２、５４に対応した位置に開口１２Ａ，１４Ａが形成されている。前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２，５４は、一端が前方及び後方の殻体１２、１４の内筒体１２Ｂ，１４Ｂに固定されており、他端が外筒体１８に形成された開口１２Ａ，１４Ａと略同一形状の支持板５６、５８に接続されている。かかる構成により、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２，５４が伸長することにより、支持板５６、５８が外周に向かって突出することとなる。
なお、これら軸方向油圧ジャッキ４８、５０及び径方向油圧ジャッキ５２、５４は、制御装置（図示せず）に接続されており、制御装置により油圧が供給される。
【００３７】
以下、上記の掘削装置１を用いたトンネルの掘削方法を説明する。
図７は、本実施形態による掘削装置１を用いたトンネルの掘削を示す鉛直断面図である。同図に示すように、本実施形態では、先行して、掘削装置１により円筒状に地盤６２を掘削し、後行して、残された中心部の地盤６４を重機によって掘削することにより円形断面のトンネルを構築する。
【００３８】
まず、図８〜図１０を参照して、推進機構８により、掘削機構４を推進させる方法について説明する。なお、この推進作業は、掘削機構４のカッタ部２６を掘削装置１の軸を中心として回転させるとともに、掘削土排出機構６により掘削土を排出させながら行う。
【００３９】
まず、図８に示すように、前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４８、５０が収縮した状態で、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２，５４を伸長させて支持板５６、５８により周囲の地盤を押圧する。そして、支持板５６、５８により地盤に反力をとった状態で、前方の軸方向油圧ジャッキ４８を伸長させて掘削機構４を前方へ押し出し、掘削機構４により地盤を円筒状に掘削していく。
【００４０】
このようにして、所定の距離、掘削を行ったら、図９に示すように、前方の径方向油圧ジャッキ５２を収縮させて、後方の支持板５８のみで地盤を押圧する。そして、前方の軸方向油圧ジャッキ４８を収縮させるとともに、これと同速度で後方の軸方向油圧ジャッキ５０を伸長させる。これにより、掘削機構４の位置を維持した状態で、前方の殻体１２を前進させることができる。
【００４１】
次に、図１０に示すように、前方の径方向油圧ジャッキ５２を伸長させて前方の支持板５６により地盤を押圧するとともに、後方の径方向油圧ジャッキ５４を収縮させる。そして、後方の軸方向油圧ジャッキ５０を収縮させる。これにより、掘削機構４及び前方の殻体１２の位置を維持した状態で、後方の殻体１４を前進させることができる。
以上の工程を繰り返すことで、掘削機構４を前方へ進出させるとともに掘削装置１を推進させることができる。
【００４２】
上記の推進作業とともに、カッタ部２６を回転させて地盤を掘削し、掘削することで生じた掘削土を装置後方へと送る。
すなわち、推進機構８によりカッタ部２６を地盤に押し付けた状態で、掘削機構４のモータ３０を回転させる。モータ３０の回転力は減速機２８に伝達されてトルクが増幅され、ピニオン６０及びピンラック３４を介してカッタ部２６を回転させる。カッタ部２６が回転すると、まず、地盤がローラービット３６により断面鋸形状に掘削され、さらに、削孔ビット３８により表面の凹凸が削りとられる。これにより円環状に地盤を掘削することができる。
【００４３】
カッタ部２６が回転すると、これととともにブレード４２も回転する。カッタ部２６により地盤を掘削で生成された掘削土は、ジェットノズルから噴射される水と攪拌されて、流動性が向上される。そして、掘削土は、カッタ部本体３２に形成された開口３２Ａから第１の掘削部殻体１０内の円環空間に案内され、第１の掘削部殻体１０の後方の開口４０から排出される。第１の掘削部殻体１０の後方から排出された掘削土は、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂと、円環状に掘削された際にその内側に円柱状に残された地盤との間の円環空間に送り出される。内筒体１０Ｂと円柱状に残された地盤との間に送られた掘削土はカッタ部２６とともに回転する螺旋状のブレード４２により、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内周面に沿って装置の後方に向かって送られる。この際、ブレード４２の頂点から掘削装置１の中心軸までの距離（内径）が、カッタ部本体３２の内径と等しいため、ブレード４２の先端と、円柱状に残された地盤との間には隙間が生じず、確実に土砂を搬送できる。
【００４４】
この際、ブレード４２につまりが生じたとしても、掘削装置１の内側に残された円柱状の残土を掘削することで、ブレード４２を露出させることができ、容易につまりを除去することができる。
そして、掘削装置１の後方において、円筒状に掘削されたトンネル内周面に仮保護プレート７２を取り付ける。
【００４５】
上記の先行掘削作業と並行して、掘削装置１により円環状に掘削された部分の内側の地盤６４を第１の掘削部殻体１の後方位置まで掘削する。この掘削作業は、ブレーカー６６やバックホウ等の重機を用いればよい。
そして、ブレードにより運ばれた掘削土及び地盤を掘削して発生した掘削土を、シャフローダ６８によりダンプトラック７０に積載し、トンネル外部に搬出する。
【００４６】
次に、トンネル全断面の掘削が完了した部分において、トンネル内周面から仮保護プレート７２を取り外し、セグメント７４などの覆工を施す。
以上の工程により、円形断面のトンネルを構築することができる。
【００４７】
本実施形態によれば、掘削土排出機構６として、螺旋状のブレード４２を第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内周面に沿って取り付けることとしたため、大断面の掘削土を排出するためのスペースを確保でき、掘削土を大量に搬送することができる。
【００４８】
また、ブレード４２が第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内周面に取り付けられているため、たとえ、つまりが生じてしまっても、第１の掘削部殻体１０の内側に残った土砂を取り除くことにより、容易につまった土砂の撤去を行うことができる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、カッタ部２６の回転により、掘削土を搬出することができ、カッタ部２６を回転させる動力と別個に動力を設ける必要がない。
【００５０】
なお、本実施形態では、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内周面に螺旋状のブレード４２を一つのみ設けているが、これに限らず、複数の螺旋状のブレードを設けることとしてもよい。
【００５１】
また、上記の実施形態では、前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４８、５０を設けることとしたが、これに限らず、一台のみ軸方向油圧ジャッキを設けることとしてもよい。
【００５２】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、主に、推進機構の構成が第１実施形態のものと異なっている。なお、本実施形態の説明において、図中、第１実施形態と共通する要素については同じ符号を付して説明を省略する。
図１１は、第１実施形態とは異なる推進機構を有する掘削装置の構成を示す鉛直断面図である。同図に示すように、掘削装置１０１は、円筒状の殻体１０２と、殻体１０２の前方先端に設けられた掘削機構４と、掘削土排出機構６と、掘削機構４の後方に接続された推進機構１０８とを備える。
【００５３】
本実施形態では、殻体１０２は、前方から順次接続された第１の殻体１１０と、第２の殻体１１１と、により構成される。第１及び第２の殻体１１０、１１１は、それぞれ、円筒状の外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃと、外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃ内に配置された円筒状の内筒体１１０Ｂ、１１１Ｂと、内筒体１１０Ｂ、１１１Ｂと外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃを結ぶように設けられた複数の支持部材１２０とにより構成される。
【００５４】
これら内筒体１１０Ｂ、１１１Ｂ及び外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃは、掘削機構４の回転軸と同心同軸に配置されており、これにより、内筒体１１０Ｂ、１１１Ｂと外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃとの間に環状空間が形成される。支持部材１２０は、棒状の鋼材からなり、外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃに作用する土圧を支持可能な本数、内筒体１１０Ｂ、１１１Ｂの中心軸を中心として放射状に、周方向及び軸方向に適宜な間隔をあけて、これら内筒体１１０Ｂ、１１１Ｂと外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃを結ぶように設けられている。そして、内筒体１１０Ｂ、１１１Ｂと、外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃとの間の環状空間内に、掘削機構４の減速機２８と、モータ３０と、推進機構１０８と、が収容されている。
【００５５】
推進機構１０８は、掘削進行方向に延びる複数の軸方向油圧ジャッキ１４８により構成される。軸方向油圧ジャッキ１４８は、角度によらず均一な推進力が得られるように、本実施形態では、殻体１０２の周方向に等角度間隔で１０機、設けられている。軸方向油圧ジャッキ１４８は、先端が第２の掘削部殻体１１１の支持部材１２０に固定されている。なお、図示はしていないが、軸方向油圧ジャッキ１４８が伸縮する際に、掘削装置１０１の軸方向と平行に保たれるように、適宜な支持手段により殻体１１１に支持されている。
【００５６】
本実施形態では、推進機構は、軸方向油圧ジャッキを、掘削が完了したトンネル内周に固定されたセグメントに反力をとった状態で、伸張させることにより推進する。また、上記の第１実施形態と同様に、この推進作業と並行して、掘削機構４のカッタ部２６を掘削装置１の軸を中心として回転させるとともに、掘削土排出機構６により掘削土を排出させる。
【００５７】
以上説明した第２実施形態による掘削装置によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
さらに、本実施形態によれば、掘削装置の全長を短くすることが可能となる。
【００５８】
＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態である掘削装置及び掘削方法を図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、主に、掘削土排出機構の構成が第１及び第２実施形態と異なっている。
【００５９】
図１２は、本実施形態による掘削装置１の掘削進行方向の鉛直断面図、図１３は図１２におけるＡ−Ａ視側面図、図１４は、図１３におけるＢ−Ｂ視断面図である。また、図１５は、本実施形態による掘削装置２０１の掘削機構２０４の先端部の拡大断面図、図１６は、図１５におけるＣ−Ｃ断面図である。
図１２及び図１５に示すように、掘削装置２０１は、円筒状の殻体２０２と、殻体２０２の掘削進行方向（以下、前方という）の先端に設けられた掘削機構２０４と、掘削土排出機構２０６と、掘削機構２０４を推進させるための推進機構８とを備える。
【００６０】
殻体２は、掘削進行方向先端から順番に接続された掘削部殻体２１０と、前方の殻体２１２と、後方の殻体２１４とにより構成される。各殻体２１０、２１２、２１４は、円筒状に形成された鋼材からなる内筒体２１０Ｂ、２１２Ｂ、２１４Ｂと、内筒体２１０Ｂ、２１２Ｂ、２１４Ｂよりも径が大きく、同心同軸に配置された鋼材からなる外筒体２１８と、これら内筒体２１０Ｂ、２１２Ｂ、２１４Ｂと外筒体２１０Ｃ、２１２Ｃ、２１４Ｃと間を結ぶように設けられ、これら内筒体２１０Ｂ、２１２Ｂ、２１４Ｂと外筒体２１０Ｃ、２１２Ｃ、２１４Ｃとの間を保持する複数の支持部材２２０、２２２、２２４とにより構成される。かかる構成により、内筒体２１０Ｂ、２１２Ｂ、２１４Ｂと外筒体２１８との間に環状空間が形成され、この環状空間内に掘削機構２０４と、掘削土排出機構２０６と、推進機構２０８とが収容されている。
【００６１】
掘削部殻体２１０は、先端から中間部は所定の径となるように形成され、後端は中間部に比べて小径に形成されており、この小径部が前方の殻体２１２の先端内に収容されている。これと同様に、前方の殻体２１２は、先端から中間部は所定の径となるように形成され、後端は中間部に比べて小径に形成されており、この小径部が後方の殻体２１４の先端内に収容されている。
【００６２】
また、支持部材２２０，２２２，２２４は、棒状の鋼材からなり、外筒体２１８に作用する土圧を支持可能な本数、内筒体２１６の中心軸を中心として放射状に、周方向及び軸方向に適宜な間隔をあけて設けられている。
【００６３】
図１２に示すように、掘削機構２０４は、掘削部殻体２１０の先端に収容されており、掘削部殻体２１０の先端に設けられたカッタ部２２６と、減速機２２８と、モータ２３０と、を備えている。図１３及び図１５に示すように、カッタ部２２６は円環状であり、コの字型断面を有するカッタ部本体２３２と、カッタ部本体２３２の後方側の縁に沿って円環状の設けられたピンラック２３４と、カッタ部本体２３２の周方向に間隔をあけて設けられたローラービット２３６と、周方向にローラービット２３６の後方に設けられた取込孔２３８及びスクレーパ２４０を備える。
【００６４】
モータ２３０の回転軸には減速機２２８が接続されており、この減速機２２８にはピニオン２６０が取り付けられている。そして、図１６に示すように、減速機２２８のピニオン２６０がカッタ部２２６のピンラック２３４と噛み合っている。これにより、モータ２３０が回転すると、この回転力が減速機２２８を介してトルクが増幅されてカッタ部２２６に伝達され、カッタ部２２６が大きな力で回転される。
【００６５】
図１３に示すように、取込孔２３８は、カッタ部本体２３２の幅方向に延びるように形成されている。取込孔２３８は、掘削土排出機構２０６を構成する掘削土排出管２４２と連通しており、取込孔２３８から取り込まれた掘削土は掘削土排出管２４２へと送られる。ローラービット２３６及びスクレーパ２４０は、カッタ部２２６が周方向に回転した際に、地盤を掘削できるようにカッタ部本体２３２に取り付けられている。
【００６６】
図１５に示すように、掘削土排出機構２０６は、殻体２０２内に周方向に間隔をあけて設けられた複数の掘削土排出管２４２と、掘削土排出管２４２内に設けられたスクリューフィーダ２４６と、地盤に向かって水を噴射するジェットノズル（図示せず）により構成される。地盤を掘削して発生した掘削土は、ジェットノズルから噴射される水と攪拌され、カッタ部２２６が回転することにより取込孔２３８から内部へ収容され、スクリューフィーダ２４６が回転することにより掘削土排出管２４２を通して掘削機後方へと搬送される。
【００６７】
図１２及び図１４に示すように、推進機構２０８は、掘削進行方向に延び、直列接続された複数対の前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ２４８、２５０と、周方向に隣接する軸方向油圧ジャッキ２４８，２５０の間に配置された複数の前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２、２５４と、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２，２５４の先端に夫々接続された前方及び後方の複数の支持板２５６、２５８とにより構成される。
【００６８】
各対の前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ２４８、２５０は掘削進行方向に延びるように直列接続されている。本実施形態では、各対の前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ２４８、２５０は、角度によらず均一な推進力が得られるように、殻体２０２の周方向に等角度間隔で１０対設けられている。
【００６９】
前方の軸方向油圧ジャッキ２４８は、掘削部殻体２１０から前方の殻体２１２に亘って、内筒体２１０Ｂ、２１２Ｂと外筒体２１０Ｃ、２１２Ｃと間に収容されており、先端が掘削部殻体２１０の支持部材２２０に固定され、後端が前方の殻体２１２の支持部材２２２に固定されている。
【００７０】
後方の軸方向油圧ジャッキ２５０は、前方の殻体２１２から後方の殻体２１４に亘って、内筒体２１２Ｂ，２１４Ｂと外筒体２１２Ｃ，２１４Ｃと間に収容されており、先端は前方の殻体２１２の支持部材２２２に固定され、後端は後方の殻体２１４の支持部材２２４に固定されている。このように、前方及び後方の油圧ジャッキ２４８、２５０は、支持部材２２２を介して直列接続されている。
【００７１】
前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２，２５４は、矩形状の支持板２５６，２５８の各々に対して、４台の油圧ジャッキが一組として、支持板２５６、２５８の四隅に当たる位置に設けられている。対となる前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２，２５４は、掘削進行方向に間隔をあけて、夫々、前方の殻体２１２及び後方の殻体２１４内に収容されている。また、本実施形態では、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２，２５４は、それぞれ、角度によらず、均一な地盤反力が得られるように、周方向に等角度間隔で１０対設けられている。
【００７２】
前方及び後方の殻体２１２、２１４の外筒体２１２Ｂ、２１４Ｂには、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２、２５４に対応した位置に開口２１２Ａ，２１４Ａが形成されている。前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２，２５４は、一端が前方及び後方の殻体２１２、２１４の内筒体２１２Ｂ，２１４Ｂに固定されており、他端が外筒体２１８に形成された開口２１２Ａ，２１４Ａと略同一形状の支持板２５６、２５８に接続されている。かかる構成により、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２，２５４が伸長することにより、支持板２５６、２５８が外周に向かって突出することとなる。
なお、これら軸方向油圧ジャッキ２４８、２５０及び径方向油圧ジャッキ２５２、２５４は、制御装置（図示せず）に接続されており、制御装置により油圧が供給される。
【００７３】
以下、上記の掘削装置２０１を用いたトンネルの掘削方法を説明する。
図１７は、本実施形態による掘削装置２０１を用いたトンネルの掘削を示す鉛直断面図である。同図に示すように、本実施形態では、先行して、掘削装置２０１により円筒状に地盤２６２を掘削し、後行して、残された中心部の地盤２６４を掘削することにより円形断面のトンネルを構築する。
【００７４】
掘削装置２０１により掘削を行う際には、推進機構２０８により掘削機構２０４を掘削進行方向に押圧しながら、掘削機構２０４により地盤２６４を掘削すると同時に掘削土排出機構２０６により掘削土を外部に排出する。
【００７５】
まず、図１８〜図２０を参照して、推進機構２０８により、掘削機構２０４を推進させる方法について説明する。なお、この推進作業は、掘削機構２０４のカッタ部２２６を掘削装置２０１の軸を中心として回転させるとともに、掘削土排出機構２０６により掘削土を排出させながら行う。
【００７６】
まず、図１８に示すように、前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ２４８、２５０が収縮した状態で、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２，２５４を伸長させて支持板２５６、２５８により周囲の地盤を押圧する。そして、支持板２５６、２５８により地盤に反力をとった状態で、前方の軸方向油圧ジャッキ２４８を伸長させて掘削機構２０４を前方へ押し出し、掘削機構２０４により地盤を円筒状に掘削していく。
【００７７】
このようにして、所定の距離、掘削を行ったら、図１９に示すように、前方の径方向油圧ジャッキ２５２を収縮させて、後方の支持板２５８のみで地盤を押圧する。そして、前方の軸方向油圧ジャッキ２４８を収縮させるとともに、これと同速度で後方の軸方向油圧ジャッキ２５０を伸長させる。これにより、掘削機構２０４の位置を維持した状態で、前方の殻体２１２を前進させることができる。
【００７８】
次に、図２０に示すように、前方の径方向油圧ジャッキ２５２を伸長させて前方の支持板２５６により地盤を押圧するとともに、後方の径方向油圧ジャッキ２５４を収縮させる。そして、後方の軸方向油圧ジャッキ２５０を収縮させる。これにより、掘削機構２０４及び前方の殻体２１２の位置を維持した状態で、後方の殻体２１４を前進させることができる。
以上の工程を繰り返すことで、掘削機構２０４を前方へ進出させるとともに掘削装置２０１を推進させることができる。
【００７９】
上記の推進作業とともに、カッタ部２２６を回転させて地盤を掘削する。すなわち、推進機構２０８によりカッタ部２２６を地盤に押し付けた状態で、掘削機構２０４のモータ２３０を回転させる。モータ２３０の回転力は減速機２２８に伝達されてトルクが増幅され、ピニオン２６０及びピンラック２３４を介してカッタ部２２６を回転させる。カッタ部２２６が回転すると、まず、地盤がローラービット２３６により断面鋸形状に掘削され、さらに、スクレーパ２４０により表面の凹凸が削りとられる。これにより円環状に地盤を掘削することができる。そして、掘削装置２０１の後方において、円筒状に掘削されたトンネル内周面に仮保護プレート２７２を取り付ける。なお、地盤を掘削することで生じた掘削土は、カッタ部２２６の取込孔２３８に取り込まれ、掘削土排出機構２０６により掘削土排出管２４２を通して掘削装置２０１の後方へと排出される。
【００８０】
上記の先行掘削作業と並行して、掘削機２０１により円環状に掘削された部分の内側の地盤２６４を掘削する。この掘削作業は、ブレーカー２６６やバックホウ等の装置を用いればよい。そして、地盤を掘削して発生した掘削土は、シャフローダ２６８によりダンプトラック２７０に積載し、トンネル外部に搬出する。
【００８１】
次に、トンネル全断面の掘削が完了した部分において、トンネル内周面から仮保護プレート２７２を取り外し、セグメント２７４などの覆工を施す。
以上の工程により、円形断面のトンネルを構築することができる。
【００８２】
本実施形態によれば、掘削装置２０１により円環状に地盤を掘削する際に、シールド工法のようにセグメントなどの覆工に反力をとるのではなく、支持板２５６、２５８を地盤に押圧して反力を受けるようにしたため、より大きな反力を受けることができる。このため、花崗岩などからなる岩盤強度が１２０〜２００ＭＰａ程度のシールド工法を適用するのが困難な地盤であっても、本実施形態の掘削装置２０１によれば、掘削作業を行うことが可能となる。
【００８３】
また、地盤に反力を取ることとしたため、セグメントなどの覆工作業が完了していなくても、掘削装置２０１を推進させることができ、施工を効率よく行うことができる。
【００８４】
さらに、推進機構２０８により掘削機構２０４を地盤に向かって進出させる際に、前方及び後方の支持板２５６，２５８により地盤に押圧して反力を受けることとしたため、より大きな反力を受けることができる。
【００８５】
また、先行してトンネル外周部を掘削して覆工を施すことができ、また、内側に残した地盤が切羽の押さえとなるため、軟弱な地盤であっても、安定した施工が可能となる。
【００８６】
なお、上記の実施形態では、カッタ部２２６の取込孔２３８から取り込んだ掘削土を、掘削土排出管２４２を通して、掘削装置２０１の後方へと搬出することとしたが、これに限らず、図２１に示すように、カッタ部２２６の掘削土取込口２７６と、掘削部殻体２１０の表裏に設けられた排出口２７８とを連通させ、掘削土取込口２７６から取り込んだ掘削土を、掘削部殻体２１０と地盤との隙間を通して後方へと排出させる構成としてもよく、要するに掘削土を排出する構成については問わない。
【００８７】
また、上記の実施形態では、前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ２４８、２５０を設けることとしたが、これに限らず、一体の軸方向油圧ジャッキを設けることとしてもよい。
さらに、本実施形態における推進機構２０８に代えて、第２実施形態において説明した推進機構１０８を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１、１０１、２０１  掘削装置
２、１０２、２０２  殻体
４、２０２  掘削機構
６，２０６  掘削土排出機構
８，１０８、２０８、  推進機構
２６，２２６  カッタ部
２８、２２８  減速機
３０，２３０  モータ
３２  カッタ部本体
３２Ａ  開口
３６  ローラービット
３８  掘削ビット
４２  ブレード
１４８  軸方向油圧ジャッキ
２１０  掘削部殻体
２１２  前方の殻体
２１４  後方の殻体
２４８  前方の軸方向油圧ジャッキ
２５０  後方の軸方向油圧ジャッキ
２５２  前方の径方向油圧ジャッキ
２５４  後方の径方向油圧ジャッキ
２５６  前方の支持板
２５８  後方の支持板
２６２  地盤
２６６  ブレーカー
【図１】
2011148871.tif 000003
【図２】
2011148871.tif 000004
【図３】
2011148871.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011148871.tif 000010
【図９】
2011148871.tif 000011
【図１０】
2011148871.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2011148871.tif 000014
【図１３】
2011148871.tif 000015
【図１４】
2011148871.tif 000016
【図１５】
2011148871.tif 000017
【図１６】
2011148871.tif 000018
【図１７】
2011148871.tif 000019
【図１８】
2011148871.tif 000020
【図１９】
2011148871.tif 000021
【図２０】
2011148871.tif 000022
【図２１】
2011148871.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月19日(2011.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤にトンネルを掘削するためのトンネル掘削装置であって、
掘削進行方向先端に設けられ、表面に地盤を掘削するためのビットを有する円環状のカッタ部を備え、前記カッタ部を回転駆動可能な円筒状の掘削機構と、
前記掘削機構の後方に接続され、円筒形状の外筒体及び前記カッタ部の内径よりも大きな内径を有する円筒形状の内筒体を有する殻体と、
前記掘削機構を掘削進行方向に推進させる推進機構と、
前記掘削機構の内筒体の内周面に取り付けられ、高さが前記カッタ部の内径と前記内筒体の内径との差以下であり前記カッタ部とともに回転駆動される螺旋状のブレードを有する掘削土排出機構と、を備えることを特徴とする掘削装置。
【請求項２】
前記掘削機構には、前記ビットにより掘削された掘削土を前記掘削機構の内周側へ送るための、前記カッタ部の表面から前記内筒体の内周面まで連通する空隙が形成されていることを特徴とする請求項１記載の掘削装置。
【請求項３】
前記推進機構は、
前記殻体内に設けられ、前記殻体の外周面から径方向外方に向かって突出部を突出可能な突出機構と、
前記殻体内に設けられ、前記突出部を径方向外方に向かって突出させて前記円環状に掘削した周囲の地盤に反力を取った状態で伸長することにより、前記掘削機構を前記掘削進行方向へ押し出す伸長機構と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削装置。
【請求項４】
前記殻体は、前記掘削進行方向先端側から順に設けられた、掘削部殻体と、前方の殻体と、後方の殻体とを含み、前記掘削部殻体が前記掘削機構の後方に接続され、
前記伸長機構は、前記掘削部殻体と前記前方の殻体とを結ぶように設けられ、掘削進行方向に伸縮可能な前方の軸方向ジャッキと、前記前方の殻体と前記後方の殻体との間を結ぶように設けられ、前記掘削進行方向に伸縮可能な後方の軸方向ジャッキとを含み、
前記突出機構は、前記前方の殻体内に配置され、径方向外方に伸縮可能な前方の周方向ジャッキと、前記後方の殻体内に配置され、径方向外方に伸縮可能な後方の周方向ジャッキとを含んで構成されることを特徴とする請求項３記載の掘削装置。
【請求項５】
前記推進機構は、
前記殻体内に設けられ、掘削が完了したトンネルの内周面に取り付けられたセグメントに反力を取った状態で伸長することにより、前記掘削機構を前記掘削進行方向へ押し出す伸長機構からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削装置。
【請求項６】
トンネル掘削装置を用いて地盤にトンネルを掘削する方法であって、
前記トンネル掘削装置は、掘削進行方向先端に設けられ、表面に地盤を掘削するためのビットを有する円環状のカッタ部を備え、前記カッタ部を回転駆動可能な円筒状の掘削機構と、前記掘削機構の後方に接続され、円筒形状の外筒体及び前記カッタ部の内径よりも大きな内径を有する円筒形状の内筒体からなる殻体と、前記掘削機構を掘削進行方向に推進させる推進機構と、前記掘削機構の内筒体の内周面に取り付けられ、高さが前記カッタ部の内径と前記内筒体の内径との差以下である前記カッタ部とともに回転駆動する螺旋状のブレードからなる掘削土排出機構と、を備え、
前記掘削機構を回転駆動させながら、前記推進機構により該掘削機構を押し出すことにより、地盤を円環状に掘削するとともに、前記掘削機構とともに回転する前記ブレードにより、掘削土を前記内筒体の内周面に沿って後方に送り出す先行掘削ステップと、
前記トンネル掘削装置の後方で、円環状に掘削された部分の内側の地盤を掘削する後行掘削ステップと、を含むことを特徴とするトンネル掘削方法。
【国際調査報告】
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